計算機組成原理3章知識總結

2020-09-23 13:00:53

計算機組成原理3章知識總結

(是根據哈工大的劉宏偉老師的課進行總結)

匯流排的基本概念

匯流排使各個部件的資訊傳輸先 各個部件共用的傳輸媒介

匯流排不允許兩個及兩個以上的部件同時向它傳送資訊,因為會導致訊號衝突,傳輸無效。

匯流排上的資訊傳送

  • 序列
  • 並行

匯流排結構

  1. 單匯流排結構框圖

    缺點:只有一根匯流排,當多個部件同時傳送請求時容易衝突,所有必須設定部件優先順序。

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  2. 雙匯流排結構框圖

    wHkVKA.png
  3. 以記憶體為中心的雙匯流排結構框圖

    wHExDs.png

    缺點:這種結構I/O裝置與主記憶體交換資訊時仍要佔用CPU,會影響cpu的工作。

匯流排的分類

  1. 片內匯流排 晶片內部的匯流排

  2. 系統匯流排 計算機各個部件之間的資訊傳輸線

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  3. 通訊匯流排

    用於 計算機系統之間或者 計算機系統與其他系統之間的通訊

    傳輸方式:

    • 序列通訊匯流排
    • 並行通訊匯流排

匯流排特性及效能指標

  • 匯流排的物理實現

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  • 匯流排的特性

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  • 匯流排效能指標

  1. 匯流排寬度 傳輸線的根數
  2. 標準傳輸率 每秒傳輸的最大位元組數(MBps)
  3. 時鐘同步/非同步 同步不同步
  4. 匯流排複用 地址線傳輸線複用
  5. 訊號線數 地址線、傳輸線和控制線的 總和
  6. 匯流排控制方式 突發、自動、仲裁、邏輯、計數
  7. 其他指標 負載能力
  • 匯流排標準(瞭解一下)

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匯流排結構

  • 雙匯流排結構

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  • 多匯流排結構

    三匯流排結構

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三匯流排結構的又一形式

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四匯流排結構
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匯流排結構舉例

  • 傳統微型匯流排結構

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  • VL-BUS區域性匯流排結構

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  • PCI匯流排結構

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  • 多層PCI匯流排結構

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匯流排控制(重點)

匯流排的判優控制

  1. 基本概念
    • 主裝置(模組) 對匯流排有 控制權
    • 從裝置(模組) 響應從主裝置發來的匯流排命令
    • 匯流排判優控制
      • 集中式
        • 鏈式查詢
        • 計數器定時查詢
        • 獨立請求 查詢
      • 分散式
  • 鏈式查詢方式
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方式:

所有I/O裝置都連線一條BR線,所以當某一個I/O裝置傳送請求的時候,是從頭開始(如圖是I/O)往後查詢用來直到查詢到第一個傳送請求的I/O介面,優先權越高越靠前。

缺點:對電路故障非常敏感,如果前面的裝置壞了,後面的也無法正常工作,並且速度慢。

優點:只需要很少幾根線就能按一定優先次序實現匯流排控制並容易擴充裝置。

  • 計數器定時查詢方式
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方式:

匯流排控制部件中有有計數器,每次查詢的順序都是從計數器中的數位開始的,比如如果計數器為0,那麼就是從0開始,線判斷0是不是傳送請求的I/O裝置,如果不是則計數器加一,直到查詢到為止。

優點:可以很靈活的設定優先順序高的裝置,比如可以通過上次停止計數的數開始,則變成了迴圈優先順序,也可以通過軟體的方式來進行設定,並且對電路故障每有前一種敏感。

缺點:增加了控制線數,控制複雜,速度慢。

  • 獨立請求方式

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方式:

可以非常靈活的進行優先順序的設定,匯流排控制部件可以根據自己設定的優先順序來對不同裝置傳送過來的請求來進行優先順序分配。

優點:速度快,判優非常靈活,對電路故障敏感不大。

缺點:線多,複雜。

匯流排通訊控制

  1. 目的 解決通訊雙方 協調配合 問題

  2. 匯流排傳輸週期

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  3. 匯流排通訊的四種方式

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  • 同步式資料輸入

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方式:

  1. 必須在T1上升沿發出地址資訊;
  2. 在T2的上升沿之前發出都命令,與地址資訊相符合的輸入裝置按命令進行一系列內部操作;
  3. 在T3的上升沿之前發出將CPU所需的資料送到資料匯流排上;
  4. 在T3時種週期內,將資料從匯流排上送入CPU內部的暫存器;
  5. 在T4上升沿復原讀命令,輸入裝置不再向資料匯流排上傳送資料,復原對資料匯流排的驅動。
  • 同步式資料輸入
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同步通訊的優點:規定明確、統一,模組間的配合簡單一致。

同步通訊的缺點:從主、從模組時間配合屬於強制性同步,必須在限定時間內完成規定的要求,並且會有短板效應,也就是要通過最慢的裝置來設計公共時鐘。

  • 非同步通訊

    • 不互鎖

      主裝置向從裝置傳送請求,不需要從裝置應答,過一段時間確認從裝置收到請求訊號後就會復原請求訊號

    • 半互鎖

      主裝置傳送請求訊號,必須待接到從模組的回答後再復原其請求訊號,從裝置接受到請求訊號後傳送回答訊號,當不需要等到主裝置的請求訊號是否復原,也是過一段時間自動復原其回答訊號。

    • 全互鎖

      主裝置傳送請求訊號,必須待從裝置回答後才復原其請求訊號;從裝置發出回答訊號,必須等到主裝置請求訊號已經復原後,自己才復原回答訊號。

  • 半同步通訊( 同步非同步結合)

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以輸入資料為例的半同步通訊時序:

T1上升沿之前 主模組發地址

T2上升沿之前 主模組傳送命令

Tw 當WAIT為低電平時,等待一個T

Tw 當WAIT為低電平時,等待一個T

.

.

.

(直到Tw為高電平,就說明從裝置已經準備好了,就進入T3)

T3上升沿之前 從模組提供資料

T4上升沿之前 從模組復原資料,主模組復原命令

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缺點:從模組準備資料時不佔用匯流排,造成浪費。

  • 分離式通訊

充分挖掘系統匯流排每一個瞬間的潛力

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分離式通訊特點:

  1. 各個模組有權申請佔用匯流排
  2. 採用同步方式通訊,不等對方回答
  3. 各個模組準備資料時,不佔用匯流排
  4. 匯流排被佔用時,無空閒